PNAS:游戏玩家教你设计RNA

2014-3-06 14:32 来源: 生物通
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        研究人员发现,与计算机相比,网络游戏玩家可以更好的预测和设计RNA折叠。这一发现能为新兴的分子工程领域带来什么样的启示呢?

  RNA可以被弯曲、成环和扭转形成多种不同的结构,这种自我装配的分子在生物学和生物工程领域具有关键性的作用,其应用前景非常广阔。许多研究者们都在设计能够折叠为特定形状的RNA分子,希望在这些合成分子的基础上,构建新药物和生物体感应器。

  现在,斯坦福大学的研究人员使用RNA折叠网络游戏生成的数据,建立了迄今为止设计RNA折叠的最佳算法。这项工作发表在美国国家科学院院刊PNAS杂志上。

  早在三十多年以前,人们就已经建立了预测基本RNA结构的算法,例如预测RNA中形成的简单环形。然而,“问题在于当我们使用这些计算模型时,总是需要反复试验,”文章的资深作者,斯坦福大学的Rhiju Das说。“绝大多数这样的模型并不实用。”

  2011年,Das和他的同事为了在实验室中更好的模拟真实RNA分子,发布了一款称为EteRNA的网络游戏。玩家被要求将RNA核苷酸拼出指定形状,并依据设计的复杂性获得相应分数。随后,Das的研究团队收集了玩家们的设计结果,并在实验室中进行测试,看这些设计是否实用。据统计,共有三万七千人参与了这一项目。

  研究人员在测试后发现,随着RNA结构复杂性的提高,计算机的设计越来越无法与玩家的设计媲美。

  于是,Das分析了EteRNA玩家构建独特形状的策略,并尝试在此基础上总结出新的“设计规则”。他指出,这些来自玩家的规则绝大多数相当基础,而且很有道理。

  归纳出这些新规则之后,Das创建了预测RNA折叠的新算法,并将其称为EteRNABot。随后他对这一算法进行了测试,结果发现新算法比以前的方法要好得多,几乎可以和玩家们的工作媲美。

  现在,该实验室还在通过EteRNA每周收集玩家的RNA设计。此外,他们还准备通过类似途径解决更为复杂的新问题,例如如何设计在结合时能够改变结构的生物感应器。

  这项研究向人们展示,网络群体可以完成大规模的实验和算法设计,为科学研究带来实质性的进步。